INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIA APLICADA

Y TECNOLOGÍA AVANZADA, CICATA-IPN, UNIDAD

ALTAMIRA.

“COGOLLO DE CAÑA DE AZÚCAR PRE-DIGERIDO Y

SUPLEMENTADO COMO ALTERNATIVA ALIMENTICIA

SUSTENTABLE PARA BECERRAS DE REEMPLAZO DE LA RAZA

JERSEY”

Informe de Tesis: Que para obtener grado de Maestría en Tecnología Avanzada

Presenta: Ing. Vanessa Natalie Orta Guzmán

Directores de Tesis: Dr. Jorge Aurelio Lois Correa

Dra. Elvia Margarita Romero Treviño

Mayo de 2016

I

II

III

IV

DEDICATORIA

Dedico esta tesis, primero a Dios, por cuidar cada uno de mis pasos y permitirme llegar hasta

este momento.

A mi hija, María Elízabeth Ramírez Orta, porque eres el motor de mi vida.

A mi esposo, Rolando Ramírez por creer siempre en mí.

A mi familia, por ser un apoyo incondicional en todo momento, por impulsarme y motivarme

siempre, porque sin ustedes este trabajo no sería posible, mi madre Guadalupe Guzmán, mis

hermanos Xavier Orta y Luis Armando Carmona, y Tía Bertha Carmona.

V

AGRADECIMIENTOS

A CONACYT por el apoyo brindado a mí y a tantos estudiantes para terminar con éxito su

preparación académica a través del Instituto Politécnico Nacional.

A BEIFI por el apoyo económico asociado a los proyectos SIP-20151141 y 20160764.

Al CICATA por haber confiado en mis capacidades para con el proyecto.

A mis asesores de Maestría, Dr. Jorge A. Lois Correa y Dra. Elvia Margarita Romero

Treviño, ya que sin su ayuda el desarrollo de esta tesis no habría sido posible.

Un agradecimiento especial a mi comité tutorial al Dr. Eugenio Rodríguez González, M.C.

José Luis Horak Loya, por su apoyo incondicional, el tiempo dedicado a la revisión de mi

tesis y sus sabios consejos.

A todos los profesores que con sus magníficas cátedras y consejos, me ayudaron a crecer

académicamente, Dr. Rogelio Ortega Izaguirre, Dra. Aidé M. Torres Huerta, Dr. Miguel A.

Domínguez Crespo, M.C. Adela E. Rodríguez Salazar.

Al personal de posgrado de CICATA Altamira, M.C. Eréndira, Dr. Fabio Chalé Lara, Lic.

Claudia Barbosa, L.A. Rodolfo Estrada, Srta. Ludivina Reyes Alejandre, Sra. Kathia Ontiveros

Sánchez, Lic. Alioska López Beltrán.

A la Sra. Ofir Fernández Otero, por apoyarme y confiar en mis capacidades.

Al Ing. Sebastián Pacheco Buendía, por su apoyo en la realización de análisis dentro del

plantel.

A la doctora Aída Cruz, por su amable trato y apoyo.

VI

Agradezco al Instituto Tecnológico de Altamira (ITA) por facilitarme realizar los estudios

bromatológicos pertinentes y brindarme su apoyo y asesoría.

Un agradecimiento muy especial a la Lic. Rosa María Zaldívar Hernández y al C. Jaime

Escamilla del Ángel por abrirme las puertas de su rancho “El Pinolillo”, por la confianza y

disposición para el desarrollo del muestreo experimental de este trabajo.

A mis compañeros y amigos por ser siempre un apoyo incondicional, a la M.T.A. Diana Isis

Llanes Gil López, por sus excelentes fotografías, y sabios consejos. A Gabriela Ortega Mulia

por ser un apoyo incondicional, igualmente a la M.T.A. Diana Palma Ramírez, Gonzalo Ríos,

Juan Pablo León, M.T.A. Aarón Macías, Aarón del Ángel, Laura García, Laura Ponce,

Armando Barón, Denisse Luévano, Salomón Saleme, Julio Estrella, M.T.A. Diana Elisa

Ontiveros, Atzin Ferrel, M.T.A. Javier Leal, Cristina Ibarra, José Barrón, Roberto Castro,

Harim García, Christian De La Fuente, Monserrat Tavarez y Marissa Flores Cruz, por

apoyarme siempre.

VII

CONTENIDO

DEDICATORIA ........................................................................................................................... I

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................ V

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. IX

LISTA DE TABLAS ................................................................................................................... XI

LISTA DE CUADROS .............................................................................................................. XII

GLOSARIO ............................................................................................................................. XIII

RESUMEN .............................................................................................................................. XVI

ABSTRACT ........................................................................................................................... XVII

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1

MARCO TEÓRICO .................................................................................................................... 4

1. ANTECEDENTES ................................................................................................................. 8

1.1 CAÑA DE AZÚCAR ............................................................................................................. 8

1.1.2 Cultivo de caña de azúcar...............................................................................................10

1.1.3 Composición de la caña de azúcar. .................................................................................11

1.2 COGOLLO DE CAÑA DE AZÚCAR ..................................................................................13

1.3 GANADO BOVINO ............................................................................................................15

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL .....................................................................................16

2.1 CARACTERIZACIÓN INICIAL ............................................................................................17

2.1.1 Recolección .....................................................................................................................18

2.1.3 Etapas de Molida. ............................................................................................................20

2.1.4 Tratamiento Alcalino. .......................................................................................................20

2.1.5 Análisis químico proximal ................................................................................................21

2.1.5.1 Determinación de Materia Seca. ..................................................................................21

2.1.5.2 Determinación de ceniza. ............................................................................................22

2.1.5.3 Determinación de proteína cruda.. ...............................................................................22

2.1.5.4 Determinación de fibra cruda. ......................................................................................24

2.1.5.5 Determinación de extracto etéreo. ...............................................................................24

2.1.6 Elaboración del alimento. ...............................................................................................25

2.2 SEGUNDA ETAPA DE CARACTERIZACIÓN ...................................................................28

VIII

2.2.1 Análisis químico proximal. ..............................................................................................28

2.2.2 Análisis de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. ...............................28

2.2.4 Evaluación de digestibilidad. ...........................................................................................29

2.2.5 Determinación de energía. ..............................................................................................29

2.4 EVALUACIÓN DE COMPORTAMIENTO IN VIVO CON GANADO BOVINO. ..................31

3.0 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ..........................................................................................33

3.1 CARACTERIZACIÓN INICIAL ............................................................................................33

3.1.1 Análisis Químico Proximal. ..............................................................................................33

3.1.2 Elaboración del alimento. ................................................................................................34

3.2 SEGUNDA ETAPA DE CARACTERIZACIÓN ....................................................................35

3.2.1 Análisis de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier.. ...............................35

3.2.2 Microscopía electrónica de Barrido. .................................................................................36

3.2.3 Digestibilidad in vitro. .......................................................................................................38

3.2.4 Determinación de energía bruta ......................................................................................38

3.3 EVALUACIÓN DE COMPORTAMIENTO IN VIVO CON GANADO BOVINO ....................38

4.0 DISEÑO TECNOLÓGICO ..................................................................................................42

4.1 PROCESO ..........................................................................................................................42

4.2 COSTO DE INVERSIÓN ....................................................................................................44

4.3 COSTO DE PRODUCCIÓN ...............................................................................................44

4.4 COSTO DE RECUPERACIÓN ...........................................................................................45

5.0 CONCLUSIONES ...............................................................................................................46

6.0 RECOMENDACIONES .......................................................................................................47

IX

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1 Vista de una plantación de caña de azúcar Saccharum officinarum ......................... 1

Fig. 2 Cosecha mecanizada de caña de azúcar ................................................................. 2

Fig. 3 Quema de cañaveral de caña de azúcar previo a su cosecha .................................. 3

Fig. 4 Cogollo de caña de azúcar .......................................................................................14

Fig. 5 Ganado Jersey del Rancho “El Pinolillo” en el Estado de Veracruz .........................16

Fig. 6 Ubicación localidad Llano de Bustos, Veracruz. .......................................................17

Fig. 7 Caña de azúcar ........................................................................................................18

Fig. 8 Caña de azúcar ........................................................................................................18

Fig. 9 Cogollo de caña recibido ..........................................................................................18

Fig. 10 Pasto Brizantha ......................................................................................................19

Fig. 11 Etiquetado de las muestras de pasto al colectarlas ...............................................19

Fig. 12 Maralfalfa en rollos, rancho “La Manzana” .............................................................19

Fig. 13 Cogollo recibido ......................................................................................................20

Fig. 14 Cogollo molido ........................................................................................................20

Fig. 15 Cogollo sin tratamiento ...........................................................................................20

Fig. 16 Cogollo predigerido ................................................................................................20

Fig. 17 Determinación Humedad ........................................................................................21

Fig. 18 Mufla con muestras ................................................................................................22

Fig. 19 Etapa de digestión ..................................................................................................23

Fig. 20 Etapa de destilación ...............................................................................................23

Fig. 21 Etapa de titulación ..................................................................................................23

Fig. 22 Fibra Cruda ............................................................................................................24

Fig. 23 Extracto etéreo etapa inicial ...................................................................................25

Fig. 24 Planta compacta PC-3000......................................................................................26

Fig. 25 Sorgo entero ...........................................................................................................26

Fig. 26 Pasta de soya .........................................................................................................26

Fig. 27 Melaza de caña ......................................................................................................26

Fig. 28 Premezcla de vitaminas y minerales ......................................................................27

Fig. 29 Sal de grano ...........................................................................................................27

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X

Fig. 30 Cogollo de caña .....................................................................................................27

Fig. 31 Cogollo de caña pre-digerido .................................................................................27

Fig. 32 Alimento final ..........................................................................................................27

Fig. 33 Costales de alimento final ......................................................................................28

Fig. 34 Diagrama Calorímetro ............................................................................................30

Fig. 35 Ganado bovino consumiendo suplemento .............................................................31

Fig. 36 Espectro analizado por FTIR de cogollo sin tratamiento y predigerido ..................35

Fig. 37 Cogollo integral (A) ................................................................................................37

Fig. 38 (B)(C)(D) cogollo predigerido .................................................................................37

Fig. 39 Alimento terminado (A)(B) ......................................................................................37

Fig. 40 Esquema de incrementos de pesos ......................................................................40

Fig. 41 Desarrollo de las ubres en becerras .......................................................................41

Fig. 42 Becerras tratamiento 1 ...........................................................................................41

Fig. 43 Becerras tratamiento 2 ...........................................................................................41

Fig. 44 Diagrama de bloques de proceso de elaboración de alimento ...............................43

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XI

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Digestibilidad in vitro ..............................................................................................38

Tabla 2 Energía bruta ..........................................................................................................38

XII

LISTA DE CUADROS

Cuadro 1 Composición nutricional del cogollo de caña. ....................................................... 7

Cuadro 2 Composición de caña de azúcar. ........................................................................11

Cuadro 3 Composición física de caña de azúcar. ...............................................................13

Cuadro 4 Insumos utilizados para elaboración de dieta experimental ................................26

Cuadro 5 Selección de ganado ...........................................................................................32

Cuadro 6 Proteína alimento ganado ....................................................................................33

Cuadro 7 AQP a cogollo de caña y alimento final ...............................................................34

Cuadro 8 Atributos del alimento ..........................................................................................34

Cuadro 9 Análisis FTIR .......................................................................................................36

Cuadro 10 Pesajes del ganado de prueba ..........................................................................39

Cuadro 11 Costo de equipamiento e instalación de planta .................................................44

Cuadro 12 Costo de Producir alimento ...............................................................................44

Cuadro 13 Costo de Alimento .............................................................................................45

XIII

GLOSARIO

Agro-ecosistema: Ecosistema sometido por el hombre a continuas modificaciones de

sus componentes.

Antocianina: Pigmento hidrosoluble que se halla en las vacuolas de las células vegetales.

Azúcar reductor: Azúcares que poseen su grupo carbonilo (grupo funcional) intacto, y que

a través del mismo pueden reaccionar como reductores con otras moléculas.

Bromatología: Ciencia que estudia los alimentos en todos sus aspectos: composición

cualitativa y cuantitativa, sanidad.

Ceniza: Conjunto de minerales que no arden ni se evaporan.

Cogollo: Parte más tierna de la planta de caña, porción superior del tallo, con dos o tres

entrenudos con yemas vegetativas y las hojas.

Extracto libre de N: Fracción de carbohidratos solubles que se encuentran en muchos

alimentos (almidones, glucosa, sacarosa).

Fibra: Parte de las plantas comestibles que resiste la digestión y absorción en el intestino

delgado humano y que experimenta una fermentación parcial o total en el intestino grueso.

Fibra cruda: Lignina, celulosa. Fibras insolubles sin valor nutricional.

Fotoperiodo: Conjunto de procesos de las especies vegetales mediante los cuales

regulan sus funciones biológicas usando como parámetros la alternancia de los días y las

noches del año y su duración según las estaciones y el ciclo solar.

XIV

Fructosa: También llamada levulosa, es una forma de azúcar encontrada en los

vegetales, las frutas y la miel. Es un monosacárido con la misma fórmula empírica que

la glucosa pero con diferente estructura.

Glucosa: Monosacárido con fórmula molecular C6H12O6. Forma de azúcar que se

encuentra libre en las frutas y en la miel.

Grado Brix (0 Bx): Sirve para determinar el cociente total de sacarosa o sal disuelta en un

líquido, es la concentración de sólidos solubles.

Higroscópico: Capacidad de absorber la humedad.

Inflorescencia: Disposición de las flores sobre las ramas o la extremidad del tallo.

Materia orgánica: materia compuesta de compuestos orgánicos que provienen de los

restos de organismos que alguna vez estuvieron vivos, tales como plantas, animales y sus

productos de residuo en el ambiente natural.

Melaza: Producto líquido y espeso derivado de la caña de azúcar, su sabor es dulce.

Monogástrico: Con un solo estómago, constituye un saco intermediario entre el esófago y

el intestino delgado.

Paja: Parte de la caña de azúcar compuesta por las vainas y las hojas secas.

Proteína bruta: Nitrógeno total contenido en los alimentos, el cual se obtiene del producto

del porcentaje de N total por el factor 6.25.

Proteína verdadera: Proteína bruta menos nitrógeno no proteico (NNP).

XV

Rumia: Masticar por segunda vez, devolviendo a la boca el alimento que ya estuvo en el

estómago.

Rumiante: Animal que digiere alimentos en dos etapas: primero los consume y luego

realiza la rumia.

Sacarosa: Es el azúcar común, y es un disacárido formado por alfa-glucopiranosa y beta-

fructofuranosa.

Tándem: Grupo de molinos cuyas mazas comprimen el azúcar, generalmente consta de 6

molinos.

Temperatura: Magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede

ser medida con un termómetro.

Urea: Producto nitrogenado de excreción, que constituye la mayor parte de la materia

orgánica contenida en la orina de los vertebrados terrestres.

XVI

RESUMEN

La Caña de Azúcar cuyo nombre científico es Saccharum officinarum, es una gramínea

tropical, que se desarrolla mejor en lugares calientes y soleados, como por ejemplo el estado

de Tamaulipas, entre otros. La producción de azúcar de caña ha sido una industria

fundamental en la economía de México durante muchos años por tener una amplia gama de

productos derivados de su proceso agroindustrial, así como también por ser una fuente

productora de una gran cantidad de materia orgánica que puede de ser empleada como

fuente de alimento animal o energía.

En una tonelada de caña fresca aproximadamente el 32% le corresponde al bagazo, 28% a la

paja y cogollo de caña a los cuales se les denomina residuos agrícolas de la Caña (RAC),

pero estos residuos agrícolas no son racionalmente aprovechados debido a que en el proceso

de cosecha el cultivo de caña se quema con el fin de eliminar malezas que dificultan el corte

de la caña, y durante este proceso se produce un significativo impacto ambiental que se

traduce en un creciente problema de contaminación que afecta de manera importante a los

habitantes de lugares cercanos.

El cogollo se encuentra en la parte superior de la caña de azúcar conformado por la punta y

las hojas verdes, el cual se ha comprobado que es un alimento voluminoso disponible en un

alto porcentaje en los residuos agrícolas que cuenta con valores de energía metabolizable de

8.87 MJ kgMS-1, proteína bruta 6.0%, calcio 0.4%, fósforo 0.05, que lo colocan como una

excelente opción para ser un alimento técnica y económicamente sustentable para ganado

bovino, disponible en las temporadas de sequía donde se sufre escasez de pastos.

Este proyecto propone el empleo del forraje de cogollo de la caña como alimento alternativo,

molido, tratado alcalinamente y suplementado, disponible para consumo animal en cualquier

época del año, que cuente con resultados comparables a los que se tienen con los forrajes

tradicionales utilizados actualmente.

Palabras clave: Caña de Azúcar, cogollo, materia orgánica, paja.

XVII

ABSTRACT

Sugar cane (Saccharum officinarum), is a tropical grass that grows better in sunny places, as

the Tamaulipas. The sugar cane production has been a fundamental industry in México´s

economy for several years, due to the large gamut of its agroindustrial process derivates, also

because of being an organic matter producer source that can be used as animal feed or

energy.

In a sugar cane tonne, the 32% is bagasse, 28% is sugar cane tops and Straw, and they are

known as the sugar cane agriculturale residues (SCAR), but they are not aprpropriatelu used

because in the sugar cane harvest, the reedbed is burned before the cut it, so the weed and

animals get eliminated, but during this process a significant enviromental impact is produced,

because the air contamination affects, on a very hight level, people who lives around.

The sugar cane tops are in the superior part of the plant, it is formed by the top and the green

leafs, and it is known that is a bulky nourishment, available in a high percentage in the sugar

cane agriculturale residues with a metabolizing energy values 8.87 MJ kgMS-1, rude protein

6.0%, calcium 0.4%, phosphorus 0.05%, that point then as a sustainable economical excelent

cattle feed option, while drought eliminates grass.

This project propose the use of sugar cane tops as an alternative animal feed option, that

appropriately treated with an alkaline solution and correctly supplemented, can be available for

animals in any season of the year, and it can offer the same results that other products in the

market used nowadays.

Key words: organic matter, straw, sugar cane, sugar cane tops

1

INTRODUCCIÓN

La Caña de Azúcar (Saccharum officinarum) es una gramínea tropical, que alcanza su mejor

desarrollo en lugares calientes y soleados, donde se tiene una temperatura en torno a los

30°C, con alta humedad y adecuado régimen de lluvias; además, se adapta a diferentes tipos

de suelos; el estado de Tamaulipas no es la excepción, realizándose el cultivo de la caña, en

condiciones climáticas que favorecen su desarrollo.

Fig. 1 Vista de una plantación de caña de azúcar Saccharum officinarum

La cosecha de la caña se realiza anualmente en temporada de zafra, tiempo, en el cual la

caña está en condiciones óptimas, dicha cosecha se puede realizar de dos formas: manual,

donde se realiza la quema del cultivo y posteriormente se corta, en esta manera se emplea

mucha mano de obra. También se puede realizar de forma mecanizada, con el auxilio de

máquinas llamadas ”combinadas de caña” las que van cortando la caña a ras de suelo y, a la

vez eliminando al mismo tiempo el cogollo y la paja. En este método, se emplea mucho menos

personal para realizar la cosecha, además se desperdicia mucho menos residuo agrícola,

pero en México se ha optado por el método manual, debido a que para esto se requiere una

2

adecuada preparación de suelos homogéneos, menos erosionados, además de un monto alto

de inversión para obtener el equipo.

Fig. 2 Cosecha mecanizada de caña de azúcar

La producción de azúcar de caña es una industria fundamental en la economía de México, y

a partir de su proceso agro-industrial ha demostrado ser capaz de producir,- además de

azúcar,- una gran cantidad de co-productos de valor agregado factibles de ser empleados

como fuente de alimento animal, celulosa y papel, tableros aglomerados, furfural, fármacos,

plásticos, carbón activado y muchos otros, o energía [14], en el caso del bagazo y los RAC

(Residuos Agrícolas de la Caña) para lo cual se requiere la aplicación de determinadas

operaciones como manipulación, transporte, tratamiento mecánico y conservación.

En una tonelada de caña fresca aproximadamente el 19.6% le corresponde al bagazo y el

23.1% a la paja y cogollo de caña (RAC). El cogollo de la caña se encuentra en la parte

superior conformado por la punta y las hojas verdes, el cual está comprobado que es un

alimento voluminoso con valores de energía metabolizable de 8.87MJ∙kgMS-1, proteína bruta

6.0%, calcio 0.4%, fósforo 0.05% [2] lo cual hace que, al suplementarse convenientemente,

pueda llegar a ser un recurso importante de alimentación y convertirse en un alimento

completo que llegue a proporcionar todos los nutrientes necesarios para el crecimiento y

desarrollo sustentable del ganado bovino para producción de carne y leche. Sobre todo, en el

3

período de seca coincidente con una baja disponibilidad y calidad de forrajes, alimentos

convencionales y pastos, lo cual indica que se podría hacer uso de esta fuente alternativa

contribuyendo a reducir los costos de alimentación y maximizar los beneficios económicos.

Sin embargo, en el proceso de cosecha de la caña de azúcar se lleva a cabo la quema, con la

cual se elimina el 48% de los RAC, desperdiciándose un recurso sumamente importante, a la

vez que se produce un significativo impacto ambiental que se traduce en un creciente

problema que es la contaminación del aire con valores superiores al medio millón de

toneladas de CO2 en zafra, lo que representa un riesgo latente para la salud de todos los

habitantes, además que es de esperar una afectación importante del suelo, además de otras

afectaciones a microorganismos y a la fauna silvestre al registrarse una disminución de la

concentración de Nitrógeno, eliminándose a los depredadores naturales de las plantas, y

produciendo menor porosidad y dificultad de infiltración del agua.

Fig. 3 Quema de cañaveral de caña de azúcar previo a su cosecha

Por otra parte, el hollín liberado durante la quema de la paja de la caña de azúcar en el

campo, se deposita en el suelo en forma de finos copos oscuros. Éste contiene alrededor de

70 productos químicos perjudiciales para el medio ambiente, que ocasionan serios problemas

respiratorios en la población expuesta.

4

MARCO TEÓRICO

El cultivo de la caña de azúcar (Saccharum officinarum) es en la actualidad una industria

fundamental en la actividad económica de México, debido a múltiples bondades que tiene esta

gramínea y la variedad de derivados que se obtienen de ella factibles de convertirse en una

amplia gama de co-productos de valor agregado.

La agroindustria de la caña de azúcar, resulta muy atractiva para este propósito, lo que se

debe entre otras, a las razones siguientes:

- un buen número de países subdesarrollados producen azúcar a partir de caña

- es posible desarrollar una amplia industria de derivados, que a su vez potencie el despegue

de otras ramas y sectores de la economía nacional, al crear enlaces hacia adelante y hacia

detrás,

- para el desarrollo del amplio potencial de la industria de derivados se requiere de la

realización de investigaciones, lo que promueve el fomento de este importante sector nacional

en el largo plazo,

- el proceso de producción de azúcar a partir de caña no requiere inicialmente de un universo

de conocimientos industriales y agrícolas que en la actualidad se encuentre fuera del alcance

de los países subdesarrollados, donde este cultivo está relativamente difundido,

- el cultivo de la caña de azúcar es atractivo desde el punto de vista de las potencialidades de

obtención de energía de manera renovable, debido a la alta eficiencia de esta gramínea en la

producción de biomasa a partir de la energía solar,

-la caña de azúcar es uno de los cultivos que almacena en forma de biomasa la mayor

cantidad de la energía disponible en la radiación incidente, al mismo tiempo que dispone de

un potencial genético de la cosecha entre 200-300 ton/ha, muy superior al promedio mundial

actual de 60 ton/ha. (Mesa y González, 1992)

La incorporación de los Residuos Agrícolas de la Cosecha (RAC), principalmente el cogollo,

como fuente de energía es atractiva, aunque debe evaluarse de forma exhaustiva los

aspectos económicos asociados, así como la alternativa de su empleo para alimento animal,

donde tiene la ventaja de que no compite con la alimentación humana.

5

La cosecha de la caña de azúcar se realiza generalmente mediante corte manual, quemando

el cultivo antes de cortarla, esto porque se argumenta que favorece la eliminación de la

cobertura vegetal, control de malezas, disminución del material seco, eliminación de residuos

sobrantes, aceleración de la preparación del suelo y replantación, pero por otra parte esto

también conlleva la destrucción de materia orgánica, emisión de C hacia la atmósfera, pérdida

de la estructura del suelo por un mayor desecamiento, erosión, liberación a la atmósfera

monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2), Óxidos de Nitrógeno (NO), (NO2), (NOX),

metano (CH4) e hidrocarburos no metálicos (NMHC) (Cabrera J.A., Zuaznábar R., 2010), todo

esto contribuye al calentamiento global y el cambio climático. Pero esta práctica se realiza por

la ventaja que representa productivamente, ya que si se realiza la cosecha en verde, se

obtienen entre 2 y 3 toneladas diarias por cortero de caña, y si se hace quemándola se

obtienen entre 5 y 6 toneladas diarias, por lo tanto quemar la caña de azúcar antes de la

cosecha facilita la tarea de cortar generando un aumento del 100% en la productividad de los

corteros. (Dávalos Álvarez E., 2007).

No emplear la quema, proporciona ventajas ambientales que deben considerarse tales como

son: la reducción del uso de herbicidas pre-emergentes, el laboreo, la erosión, la conservación

de la humedad del suelo, la mejora en el contenido de materia orgánica y propiedades

microbiológicas y físicas del suelo del entresurco, así como también resulta una ventaja

importante el aprovechamiento de los residuos agrícolas resultantes de la cosecha cañera,

que no son empleados en la cuantía que las circunstancias actuales exigen, a pesar de

representar un formidable recurso como fuente de alimentación animal y generación de

energía. Estos subproductos, constituidos, fundamentalmente por la paja y el cogollo,

representan una disponibilidad a escala mundial de 5,0 MMTM (Padilla Méndez J.A., J.A. Lois

Correa, 1980).

Es ampliamente conocido que la caña de azúcar es importante para alimentación animal,

gracias a su alta capacidad fotosintética que le permite captar eficientemente la energía solar

para transformarla en biomasa con un rendimiento de 55 a 65 toneladas de materia seca por

hectárea/año, esto hace de la caña una alternativa alimenticia interesante en regiones

tropicales. También se ha demostrado que la caña produce 2.5 veces más calorías por

6

hectárea en comparación con cereales, raíces y tubérculos, debido a su categoría de cultivo

perenne. (Moreno Osorio F.L., 2007).

La caña se ha producido en lo fundamental para obtener azúcar y sus derivados, pero

muchos productores,- por muchas razones como son: escasez de pasto, bajos precios del

azúcar e intensificación en la producción ganadera,- han decidido emplearla en la

alimentación de bovinos.

La caña de azúcar es una planta rica en carbohidratos, 68% en base seca, pobre en

proteínas, 3% y digestibilidad cercana al 60%, características que permiten clasificarla como

forraje de calidad regular, la cual debe complementarse con proteína sobrepasante, nitrógeno

no proteico y minerales para mejorar la respuesta animal. En épocas críticas, como periodos

de sequía o lluvia prolongada, se ha hecho una suplementación a la caña de azúcar utilizada

como forraje de ganado bovino, con el fin de favorecer el desarrollo y recuperación de las

praderas, para disminuir la incidencia de enfermedades en el ganado, así como balancear la

ración de éstos para disminuir o evitar las pérdidas de peso y mantener un buen

comportamiento productivo. (Moreno Osorio F.L., 2007)

El uso de mieles está muy relacionado con la capacidad de esta especie de utilizar nitrógeno

no proteico para la biosíntesis de proteína. Los carbohidratos fácilmente fermentables de la

miel final garantizan una utilización rápida del nitrógeno no proteico aportado, generalmente

en forma de urea en el rumen, evitando problemas de intoxicación por amoniaco.

Adicionalmente, la miel mejora la aceptación de la urea y garantiza, una digestión uniforme de

este producto, por encontrarse en forma de solución. Estas ventajas de la miel permiten hacer

un uso máximo de la utilización de nitrógeno no proteico en una dieta, haciendo más

económica la producción pecuaria, ya que el costo de la proteína verdadera es un factor

determinante en la producción de carne y leche, lo cual resulta más difícil de lograr con

alimentos sólidos. La mezcla de la miel con la urea o cualquier tipo de producto de carácter

salino, es una operación simple que puede ser llevada a cabo sin grandes inversiones en el

marco de la estructura de cualquier ingenio azucarero. (Cabello A., 2000)

7

Por su parte, el cogollo de la caña de azúcar es la parte más tierna de la planta de caña. Es

la porción superior del tallo, con dos o tres entrenudos con yemas vegetativas y las hojas o

palmas. En el cogollo se concentra la mayor cantidad de azúcares reductores, fibra, proteína

y extracto etéreo de la caña por lo que es una excelente iniciativa utilizar el cogollo en

alimentación de bovinos pero se tendrían que determinar ampliamente factores importantes

que impiden su aprovechamiento, como son: su valor nutricional, el manejo que requiere,

cómo se debe proporcionar al ganado (deshidratado o fresco), su costo y transporte (Moreno

Osorio F.L., 2007).

Cuadro 1 Composición nutricional del cogollo de caña.

Componente Contenido en base húmeda (%) Contenido en base seca (%)

Humedad 71.97 -

Materia seca 28.03 100.00

Fibra Cruda 14.98 58.24

Carbohidratos 9.66 34.45

Proteína Cruda 1.35 4.30

Cenizas 1.56 5.55

Extracto Etéreo 0.40 1.76

T.D.N. - 58.93

E.D. (Mcal./kg) - 2.38

Fuente: Programa de Procesos Agroindustriales, CORPOICA. E.E. CIMPA, 2205, citado por García y col., 2007;

citado por Moreno Osorio F.L., 2007.

El cogollo contiene bajo porcentaje de proteína cruda, lo cual hace necesario su

suplementación con nitrógeno para obtener resultados aceptables. El uso de Nitrógeno no

proteico (NNP) bajo la forma de urea, ha sido una manera eficaz de enriquecer forrajes de

bajo contenido proteico en el trópico. (Shultz T.A., Garmendia J.C., De Shultz Elena, Moya A.,

Chicco. C.F., 1978)

Se han realizado evaluaciones del cogollo de caña fresca, ensilado como fuente de forraje

para ganado, y los animales alimentados únicamente con comprimidos de cogollo de caña

perdieron 232 g/animal/día, mientras que los suplementados con porciones de NNP tuvieron

8

aumentos significativamente superiores de peso de 362, 193, 194 g/novillos diarios,

respectivamente. El cogollo no es ampliamente utilizado debido a que su uso es limitado por

el transporte y almacenamiento por ser un residuo muy voluminoso, además de tener bajo

contenido proteico que obliga a una suplementación con proteína o NNP para tener resultados

aceptables. (Shultz T.A., et. al.).

En otros estudios, se tienen registros de la utilización de cogollo de caña de azúcar mezclado

con pollinaza en levante y ceba de novillos obteniéndose incrementos de peso de hasta 1000

g/animal/día (CIMPA, 1991, citado por Quinceno y Mateus, 2007). A la vez la Empresa

Colombiana CORPOICA, con cogollo más caña integral ensilada y suplemento proteico,

alcanzó ganancias entre 800 y 1000 gramos/animal/día (Albarracín, 2000).

1. ANTECEDENTES

1.1 CAÑA DE AZÚCAR

La Caña de Azúcar es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el

maíz. Su nombre científico es Saccharum officinarum, tiene un tallo firme de 2 a 5 metros de

altura, con un diámetro de 5 ó 6 cm. El sistema radicular lo compone un robusto rizoma

subterráneo; en el tallo acumula un jugo rico en sacarosa, el cual al ser extraído y cristalizado

en el ingenio forma el azúcar. El tallo propiamente dicho de la caña se encuentra formado por

canutos. Estos, a su vez se componen de los nudos y el entrenudo. El entrenudo es la porción

del tallo limitada por dos nudos.

Las variedades de la caña de azúcar presentan en sus tallos una gran diversidad de colores y

combinaciones. El color de un tallo depende en gran medida de las condiciones en las cuales

se desarrolla ya que el color propio puede llegar a ser. La sacarosa es sintetizada por la caña

gracias a la energía tomada del sol durante la fotosíntesis con hojas que llegan a alcanzar de

2 a 4 metros de longitud. En su parte superior encontramos el cogollo.

9

1.1.1 Origen de la caña de azúcar. La historia cabal del origen de la caña de azúcar se

pierde en la antigüedad. El lugar de origen de la caña de azúcar está situado en Nueva

Guinea, otros señalan que fue originalmente desarrollada por los aborígenes de la Melanesia,

y una explicación posible de su evolución sería que surgió, a través de un proceso de

selección de varias centurias, de los renuevos jugosos más dulces de la espécimen silvestre

conocida como Saccharum robustum. Aunque no es posible fijar con exactitud el período de

origen de la caña de azúcar, algunos peritos lo sitúan entre los años 8 000 y 15 000 a.C. Un

material comestible tan útil como la caña de azúcar estaba expuesto, lógicamente, a mucha

migración, y hacia el año 6 000 a.C. se había arraigado ya en la mayor parte de la Melanesia

e Indonesia y también en la India. En este país, en referencias que datan del año 1 000 a.C,

se usaba una bebida fermentada a base de guarapo independientemente del hecho de que en

todos los tiempos la caña se ha aprovechado como fruto natural. Desde allí su cultivo se

extendió a China y al cercano Oriente en el año 4.500 a.C. Por el siglo IV a.C. se tuvo la

primera noticia escrita en Occidente sobre la caña de azúcar, llegándose a citar las

aseveraciones de los escribas de Alejandro Magno, los que en el año 327 a.C. anotaron que

en el subcontinente indio …..los naturales del país chupaban unas cañas que producían miel

sin la intervención de la abejas”. Además del centro de origen y diversificación primario antes

mencionado, es probable que otros centros secundarios se desarrollaran a lo largo de las

rutas de migración que se crearon por diferentes causas, lo que provocó que valiosos clones

de S. officinarum y el de S. spontaneum se dispersaran por toda la Polinesia y el Sudeste de

Asia. En el siglo I d.C. los griegos y los romanos conocían ya el azúcar y lo denominaban "Sal

de la India"; después, en el siglo X d.C. Los árabes al dominar las tierras que bordean el

Mediterráneo van introduciendo la industria azucarera e Egipto, Marruecos y en el sur de

España. Por lo tanto, se puede afirmar que el azúcar llega de mano de los árabes, que

plantan caña de azúcar en la zona Sur y Levante de la Península Ibérica de modo que en el

siglo X ya existe la industria azucarera en toda esa zona. El azúcar se implantó como una

especia más para perfumar platos, lo mismo que la sal o la pimienta. El cultivo de la caña de

azúcar en las islas Canarias, Azores o Madeira, fue determinante para la explotación de este

cultivo en el Nuevo Mundo. En el segundo viaje de Colón a América (1494), se transportó

caña de azúcar en las naves españolas, siendo sembrada en La Española (Santo Domingo)

en las proximidades del actual poblado de La Isabela.

10

Los artífices del milagro del azúcar fueron los portugueses con sus plantaciones en Brasil.

Asimismo los franceses lo introdujeron en sus colonias del Océano Indico, los holandeses en

las Antillas y de nuevo, los españoles en las Filipinas y otros archipiélagos del Pacífico.

A finales del siglo XVII, la producción y el consumo de azúcar de caña se encontraba

extendido prácticamente por todo el mundo y la mayoría de los pueblos conocían su sabor y

sus propiedades. Entre los siglos XVI y XVIII se puede considerar el consumo del azúcar

como parte de la dieta de las élites, y después hasta el siglo XIX comenzó a difundirse entre

todas las clases sociales.

1.1.2 Cultivo de caña de azúcar. La temperatura, la humedad y la luminosidad, son los

principales factores del clima que controlan el desarrollo de la caña. La caña de azúcar es una

planta tropical que se desarrolla mejor en lugares calientes y soleados. Cuando prevalecen

temperaturas altas la caña de azúcar alcanza un gran crecimiento vegetativo y bajo estas

condiciones la fotosíntesis se desplaza, hacia la producción de carbohidratos de alto peso

molecular, como la celulosa y otras materias que constituyen el follaje y el soporte fibroso del

tallo. Es indispensable también proporcionar una adecuada cantidad de agua a la caña

durante su desarrollo, para que permita la absorción, transporte y asimilación de los

nutrientes. La Caña de Azúcar se cultiva con éxito en la mayoría de suelos, estos deben

contener materia orgánica y presentar buen drenaje tanto externo como interno y que su pH

oscile entre 5.5 a 7.8 para su óptimo desarrollo. Se reportan buenos resultados de rendimiento

y de azúcar en suelo de textura franco limoso y franco arenoso.

Se reproduce por trozos de tallo, se recomienda que la siembra se realice de Este a Oeste

para lograr una mayor captación de luz solar. El material de siembra debe ser de preferencia

de cultivos sanos y vigorosos, con una edad de seis a nueve meses, se recomienda utilizar la

parte media del tallo, se deben utilizar preferentemente esquejes con 3 yemas. El tapado de la

semilla se puede realizar de tres formas: manualmente utilizando azadón, con tracción animal

o mecánicamente. La profundidad de siembra oscila entre 20 a 25 cm, con una distancia entre

surco de 1.30 a 1.50 m. La semilla debe de quedar cubierta con 5 cm de suelo, el espesor de

11

la tierra que se aplica para tapar la semilla no sólo influencia la germinación y el

establecimiento de la población, sino también el desarrollo temprano de las plantas.

La recolección se lleva a cabo entre los once y los dieciséis meses de la plantación, cuando

los tallos dejan de desarrollarse, las hojas se marchitan y caen y la corteza de la capa se

vuelve quebradiza. Se quema la plantación para eliminar las malezas que impiden el corte de

la caña. Aunque se han ensayado con cierto éxito varias máquinas de cortar caña, la mayor

parte de la zafra o recolección sigue haciéndose a mano. El instrumento usado para cortarla

suele ser un machete grande de acero con hoja de unos 50 cm de longitud y 13 cm de

anchura, un pequeño gancho en la parte posterior y empuñadura de madera. La Caña se

abate cerca del suelo y se corta por el extremo superior, cerca del último nudo maduro, ya

cortadas se apilan a lo largo del campo, de donde se recogen a mano o a máquina para su

transporte al Ingenio, que es un molino en el cual se trituran los tallos y se les extrae el azúcar

y ésta se consigue triturando los tallos y macerándolos con poderosos rodillos estriados de

hierro y se someten, simultáneamente, a la acción del agua para diluir el jugo ya que contiene

alrededor del 90% de sacarosa existente en la caña. El jugo se trata con cal y se calienta para

que se precipiten las impurezas; se concentra luego por evaporación y se hierve para que

cristalice. Posteriormente, se dejan enfriar los cristales y se refina la melaza: se disuelve en

agua caliente y se hace pasar a través de columnas de carbón gracias a lo cual los cristales

se decoloran.

1.1.3 Composición de la caña de azúcar. La composición química de la caña de azúcar

en base seca aparece reflejada en el cuadro 2:

Cuadro 2 Composición de caña de azúcar. (Fuente: Moreno Osorio F.L. 2007)

Fracción Porcentaje (%)

Materia seca 26.2

Cenizas (Minerales) 6.21-6.45

Extracto Etéreo (Grasas) 1.91

Extracto Libre de Nitrógeno 56.4

12

Proteína Bruta 2.0-5.43

Fibra Bruta 27.9

Fibra Detergente Neutra 69

Fibra Detergente Ácida 40.1

Energía Metabolizable 2.07 Mcal./kg de MS

Calcio 0.23-0.55

Fósforo 0.09-0.14

1.1.4 Derivados de la caña de azúcar. La caña de azúcar se utiliza preferentemente para

la producción de azúcar, adicionalmente se puede utilizar como fuente de materias primas

para una amplia gama de co-productos, algunos de los cuales constituyen alternativas de

sustitución de otros productos con impacto ecológico adverso (cemento, papel obtenido a

partir de pulpa de madera, etc). Los residuales y subproductos de esta industria,

especialmente los mostos de las destilerías contienen una gran cantidad de nutrientes

orgánicos e inorgánicos que permiten su reciclaje en forma de abono, alimento animal, etc. En

este sentido, es importante señalar el empleo de la cachaza como fertilizante, las mieles

finales y los jugos del proceso de producción de azúcar pueden emplearse para la producción

de alcohol, lo que permite disponer de un combustible líquido de forma renovable y la

incorporación de los derivados tradicionales (tableros aglomerados, papel y cartón, cultivos

alternativos para alimento animal y mieles finales). Una pequeña parte de la producción de

caña de azúcar tiene fines de producción de piloncillo, el cual se obtiene de la concentración y

evaporación libre del jugo de la caña, también es conocido como “panela”. El piloncillo tiene

varios usos, como materia prima en la industria de la repostería, pastelería, como endulzante

en diversos alimentos y también se usa para la elaboración de alcohol y otros licores. Otra

cantidad de caña aún más pequeña se utiliza como fruta de estación, aunque se vende todo el

año, se concentra en la temporada navideña para las piñatas y el tradicional ponche.

1.1.5 Residuos agrícolas de la Caña de Azúcar (RAC). Los residuos agrícolas de la caña

de azúcar están conformados por el cogollo, hojas y paja, los cuales,- para poder ser

13

aprovechados integralmente debe realizarse una labor ardua. La composición se muestra en

el cuadro siguiente [6].

Cuadro 3 Composición física de caña de azúcar. (Fuente:Costales, R.; Lois, J., 2000)

Materia %

Cogollo y hojas verdes 8.0

Vainas y hojas secas 20

Tallos limpios 72

1.1.6 Impacto ambiental de la quema de RAC en México. La quema antes de cosechar la

caña, es una práctica que se tiene muy arraigada en México debido a que realizando esto, se

dice que se eliminan malezas, que se reducen costos de la cosecha, pero con esto se

destruye gran cantidad de materia orgánica, favoreciendo de manera considerable el

desecamiento y la erosión. Se empobrece el suelo de una manera importante, ya que el

rendimiento agrícola disminuye notablemente al paso de los años.

El no usar la quema, proporciona ventajas ambientales ya que al dejar en el cañaveral los

RAC se reduce el uso de herbicidas, la erosión y se conserva más húmedo el suelo.

1.2 COGOLLO DE CAÑA DE AZÚCAR

El cogollo de la caña de azúcar es la parte más tierna de la planta de caña. Es la porción

superior del tallo, en él se concentra la mayor cantidad de azúcares reductores, fibra, proteína

y extracto etéreo de la caña, contiene bajo porcentaje de proteína cruda, por lo que se hace

necesario su suplementación con nitrógeno para obtener resultados aceptables como

alimento de ganado.

El cogollo,- también llamado “puntas de caña”,- juega un papel importante en las dietas a base

de caña de azúcar, ya que en principio, éstas representan de un 20–30 por ciento de la planta

entera y tienen un efecto positivo como fibras largas de alta calidad sobre el consumo

14

voluntario y el comportamiento animal sobre todo cuando éstas son verdes y frescas. (Ferreiro

y Preston, 1976).

Fig. 4 Cogollo de caña de azúcar

En un experimento alimentando un grupo de ganado bovino con las mayores proporciones de

puntas de caña se obtuvo las mayores ganancias en peso. Esto muestra el potencial que las

puntas de caña podrían tener en la alimentación animal en zonas aledañas donde se cultiva la

caña ya que los valores obtenidos mostraron incrementos de peso de hasta 830 g/d.

1.2.1 Cogollo de caña de azúcar como alimento de ganado bovino. En cosecha de caña

verde es factible producir alrededor de 15-18 toneladas de cogollo de caña fresca que

representa 5,0-6,0 toneladas de materia seca, lo cual representa suficiente forraje para una

cabeza de ganado (500 kilos de peso vivo) durante un año.

15

1.3 GANADO BOVINO

1.3.1 Raza Jersey en México. La raza Jersey se originó en la isla del mismo nombre, situada

en el Canal de la Mancha, entre Inglaterra y Francia. Esta es una de las razas viejas

reconocidas como tal, remontándose esto a casi seis siglos. La isla de Jersey, en su pequeña

extensión, no alberga muchos animales (8000 cabezas aproximadamente) pero la difusión de

la raza en el mundo ha sido exitosa y existen grandes poblaciones en E.U.A., Canadá y

Nueva Zelandia.

La Jersey es la más ligera de las razas así como también la de tipo más refinado (angulosidad

y proporción); la piel es fina y el pelo corto. El color varía del cervato al café o al café

negruzco, que puede ser completo o mostrar algunas manchas blancas pequeñas. La cabeza

es pequeña y tiene una característica hendidura o concavidad frontal; los ojos son saltones y

el hocico obscuro. Su conformación corporal refleja un acentuado “temperamento lechero” y

una buena conformación de ubre.

Por lo que a peso se refiere, esta raza en estado adulto es la más ligera de todas las razas

lecheras. La vaca adulta pesa en promedio 430 kg y tiene una altura de 1.20 m y los toros 680

kg y de altura 1.51 m. No obstante, su rendimiento lechero en relación con su peso compite

codo con codo con el de la raza Holstein-Friesian. Respecto a su leche, se trata de la más rica

en grasa y sólidos totales de todas las razas con valores: 3.7% de proteína y 4.7% de grasa

promedio. Los sólidos no grasos (proteína, azúcares y minerales), totalizan 9.7% para un

promedio de 14.1% de sólidos totales.

Aunque el promedio de la raza es de 5 265 kg/lactancia en los E.U.A. y 4 580 kg/lactancia

para el ganado canadiense, el registro DHIR que enrola al 1% de los criadores superiores, da

un promedio actualizado de 6 170 kg por vaca por lactancia. Se dice que su rendimiento

quesero por cada 45 kg de leche es el siguiente: 5.6 kg de cheddar, 7.4 kg de cottage (seco) ó

4.28 kg de leche en polvo descremada.

16

La raza Jersey ha mostrado una adaptación climática en las diferentes partes del mundo,

donde actualmente se le explota como raza pura. Funciona bien en el trópico, reportándose

altos rendimientos: 2 151 kg/lactancia, en Centroamérica y bajo régimen de pastoreo, lo que

es un buen promedio para esta raza en esas condiciones. En la india también ha demostrado

su capacidad de adaptación al trópico, mejor que otras razas (esto, a nivel experimental).

La raza Jersey es,- y siempre ha sido,- escasa en México. Se localizan criadores en altiplano y

trópico de altitud pero su número aún es reducido.

Fig. 5 Ganado Jersey del Rancho “El Pinolillo” en el Estado de Veracruz

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

La parte experimental a nivel laboratorio de este trabajo se realizó en el Centro de

investigación en ciencia aplicada y tecnología avanzada, CICATA Altamira, en el Instituto

tecnológico de Altamira (ITA), ubicados ambos en Altamira Tamaulipas, en el Centro de

Nanociencias y Micro y Macro Tecnologías, en la ciudad de México, y el muestreo

experimental con ganado bovino se realizó en el rancho “El pinolillo” ubicado en llano de

Bustos, localidad situada en el Municipio de Tampico Alto en el estado de Veracruz de Ignacio

17

de la Llave, en la figura 6 se muestra la ubicación. Veracruz forma parte de la Huasteca

Tamaulipeca, donde se presenta una gran diversidad de climas, y uno de los sistemas

lagunares más importantes del estado, la laguna de Tamiahua. Aquí se presentan variaciones

de climas templados, predominando mayormente los cálidos subhúmedos con temperatura

media anual entre 22 y 26°C.

Fig. 6 Ubicación localidad Llano de Bustos, Veracruz.

2.1 CARACTERIZACIÓN INICIAL

Se realizó inicialmente un análisis de proteína al pasto que consume diariamente el ganado, el

cual es el Brizantha (Brachiaria Brizantha), esto con el fin de determinar el contenido proteico

que tiene y el que debe de tener el suplemento que se elabora con el cogollo de caña.

Se programaron las pruebas experimentales con un ganado raza Cebú del rancho “La

Manzana” ubicado en Llano de Bustos, Veracruz, el cual consume pasto Maralfalfa

Pennisetum sp, en base a esto se determinó el contenido de proteína con el que se elaboró el

suplemento.

18

Se continuó el diseño experimental con ejemplares de la raza Jersey del rancho “El Pinolillo”

que consumen pasto Brizantha (Brachiaria Brizantha), el cual también es caracterizado,

posterior a la elaboración del alimento.

2.1.1 Recolección. El cogollo fue donado de la cosecha del rancho “Las Lilas” ubicado en

Ozuluama, Veracruz, pertenece a la variedad de caña Saccharum officinarum correspondiente

a la cepa de caña inicial que se implantó en México en época de la conquista española en

México.

Fig. 7 Caña de azúcar

Fig. 8 Caña de azúcar

Fig. 9 Cogollo de caña recibido

19

En el rancho “El Pinolillo” se tiene sembrado el pasto Brizantha (Brachiaria Brizantha) en

varios lotes de donde se alimenta el ganado bajo condiciones de pastoreo, se tomaron

muestras de forraje de un metro cuadrado para determinar la producción de biomasa forrajera

y posteriormente realizar el análisis químico para determinar el aporte de nutrientes.

Fig. 10 Pasto Brizantha

Se tomaron muestras de Maralfalfa (Pennisetum sp) en el rancho “La Manzana”, ésta se

encontraba en rollos de los cuales se tomaron 5 muestras aleatorias de 3 rollos distintos.

Fig. 12 Maralfalfa en rollos, rancho “La Manzana”

Fig. 11 Etiquetado de las muestras de pasto al colectarlas

20

2.1.3 Etapas de Molida. El cogollo una vez deshidratado se muele en un molino marca Foss,

con un voltaje de 60 Hz, potencia de 650 VA utilizando una malla de 1 mm para

posteriormente realizar el análisis químico proximal.

Fig. 13 Cogollo recibido

Fig. 14 Cogollo molido

2.1.4 Tratamiento Alcalino. Al cogollo recibido se le da un tratamiento alcalino con hidróxido

de sodio al 11.5% en un tiempo de retención de 10 minutos, deteniendo la reacción con una

solución de melaza-urea al 71.4 y 9.5% respectivamente.

Este tratamiento se realiza con el fin de incrementar la digestibilidad del cogollo, ya que

cuando la planta madura se lignifica y esta afecta la digestibilidad, ya que por su contenido de

lignina no puede ser correctamente asimilado por el ganado al ingerirlo. Cuando el cogollo es

impregnado con la solución alcalina comienzan a romperse los enlaces de lignina que no

permiten al animal acceder a la celulosa y hemicelulosa contenidas en el cogollo es por esto

que se dice que es cogollo predigerido, ya que es previamente tratado para su posterior

ingestión.

Fig. 16 Cogollo sin tratamiento Fig. 15 Cogollo predigerido

21

2.1.5 Análisis químico proximal. El análisis consistió en la determinación del contenido de

materia seca (MS), Ceniza, proteína cruda (PC), fibra cruda (FC), y extracto etéreo (EE) de las

muestras. A las muestras de cogollo sin tratamiento y con tratamiento alcalino (predigerido),

se les hizo la determinación completa, para el pasto Maralfalfa (Pennisetum sp) y Brizantha

(Brachiaria Brizantha) se determinó MS, Ceniza y PC.

En la Fig. 17 se pueden observar las muestras de izquierda a derecha para la determinación

de humedad, está cogollo predigerido, cogollo de caña, alimento terminado y pasto Brizantha

(Bracharia Brizantha).

2.1.5.1 Determinación de Materia Seca. Esto se realizó con el fin de conocer la presencia

de humedad de la muestra y comprobar que se encuentre en los niveles en los cuales evite la

presencia de insectos, hongos y bacterias.

El cálculo se realiza como sigue:

o Peso del crisol + muestra = peso inicial (gramos)

o Peso después del calentamiento de 5 horas = Peso final (gramos)

o Peso del agua X 100 = % Humedad Peso de la muestra

o 100 - % humedad = % materia seca

Fig. 17 Determinación Humedad

22

2.1.5.2 Determinación de ceniza. La muestra se incinera a 600°C para quemar todo el

material orgánico, el material inorgánico que no se destruye a esta temperatura se le llama

cenizas. Se tomaron 3 muestras de 2 gramos, en crisoles que se encontraban a peso

constante. El crisol con la muestra se mantuvo en la mufla a una temperatura de 600 °C

durante 3 horas. El cálculo de la ceniza se realiza como se indica a continuación:

o % Ceniza= Peso de la ceniza X 100 Peso de la muestra

Fig. 18 Mufla con muestras

2.1.5.3 Determinación de proteína cruda. Se realizó la determinación de proteína através

de la obtención de nitrógeno por el método Kjeldahl, ya que el nitrógeno de las proteínas y

otros compuestos se transforman a sulfato de amonio por medio de la digestión con ácido

sulfúrico en ebullición, el residuo se enfría, se diluye con agua y se le agrega hidróxido de

sodio, el amonio presente se desprende y a la vez se destila y se recibe en una solución de

ácido bórico que luego es titulado con una solución de ácido estandarizado en presencia de

un indicador apropiado.

Se realizó en tres etapas por el método Kjeldahl: primera etapa digestión, segunda etapa

destilación y tercera etapa titulación, respectivamente.

23

Fig. 19 Etapa de digestión

Fig. 20 Etapa de destilación

Fig. 21 Etapa de titulación

Para la determinación de proteína se necesitó contar con la normalidad del HCl, la cual está dada por la fórmula:

N HCl = (Vol. De Na2CO3 x N de Na2CO3)

Vol. de HCl

Para determinar el % de proteína se necesita conocer el % de Nitrógeno y se calcula como

sigue:

24

%N =[(ml de HCl en titulación de la muestra menos ml de HCL en titulación del

blanco)x(normalidad HCl x 0.014x100)]/(gr. de muestra)

%P= %N x 6.25

2.1.5.4 Determinación de fibra cruda. La fibra cruda se determina en muestras libres de

humedad y grasa. La muestra de alimento hervida con un ácido débil y una base fuerte

permite la hidrólisis de proteína, grasa y la mayoría de los carbohidratos, después de

hidrolizada, el residuo seco, pesado y calcinado es lo que por diferencia se obtiene y se

considera la fibra cruda.

Fig. 22 Fibra Cruda

Los cálculos para determinar la fibra cruda son:

o % Fibra cruda = Pérdida de peso por incineración X 100 Peso de la muestra antes de extracción de gasa

2.1.5.5 Determinación de extracto etéreo. En este método se determina el porcentaje de

grasa de un alimento, se usa como disolvente el éter anhidro el cual se evapora y condensa

continuamente, pasando a través de la muestra y arrastrando las sustancias solubles en él

como son las grasas neutras, entre otros.

25

El extracto se recoge y cuando se termina el proceso se destila y recolecta el éter en otro

recipiente, quedando la grasa en un matraz, en el cual se seca y pesa. Se considera grasa al

extracto etéreo que se obtiene cuando la muestra es sometida a extracción con éter etílico.

El cálculo que se realiza es el siguiente:

% Extracto Etéreo (EE) = Peso del extracto etéreo X 100 Peso de la muestra

2.1.6 Elaboración del alimento. Para la elaboración del alimento experimental, primero se

realizó la formulación utilizando una hoja de cálculo y una base de datos en Excel, se formuló

un alimento al 19% de proteína, posteriormente se utilizó una planta compacta PC-3000, ver

figura 23, cuidando el orden de integración de los ingredientes o insumos utilizados para

elaborar la dieta experimental, en el cuadro 4 se puede observar la composición, en las figuras

24, 25, 26,27 y 28 los insumos.

Fig. 23 Extracto etéreo etapa inicial

26

Fig. 24 Planta compacta PC-3000

Cuadro 4 Insumos utilizados para elaboración de dieta experimental

Insumo Porcentaje

Cogollo 30

Sorgo 25

Pasta de soya 29

Melaza 12

Pre-mezcla de vitaminas y minerales 2

Sal de grano 2

Fig. 25 Sorgo entero

Fig. 26 Pasta de soya

Fig. 27 Melaza de caña

27

Para hacer el alimento, fue necesario introducir cantidades pequeñas ya que lo voluminoso

del cogollo impedía la mezcla. La preparación se hizo como sigue: se introducen 10 Kg de

cogollo, se impregna con 2.54 L de hidróxido de sodio al 11.5%, se mantiene la planta

trabajando durante un periodo de 10 minutos, entonces se impregna con 3.33 L de la solución

melaza-urea al 71.4% y 9.5% respectivamente, revolviendo la mezcla un periodo de 10

minutos más, para entonces introducir los insumos; sorgo molido 8.33 Kg, pasta de soya 9.67

Kg, Pre-mezcla de vitaminas y minerales 667 gr, sal de grano 667 gr, y 1.62 Kg adicionales de

melaza.

Ya que se elaboró el alimento se guardó en costales de rafia para su posterior transportación

al rancho “El Pinolillo”, donde se realizó el muestreo experimental. En figura 33 se observan

los costales del alimento.

Fig. 28 Premezcla de vitaminas y minerales

Fig. 29 Sal de grano

Fig. 30 Cogollo de caña Fig. 31 Cogollo de caña pre-digerido

Fig. 32 Alimento final

28

2.2 SEGUNDA ETAPA DE CARACTERIZACIÓN

2.2.1 Análisis químico proximal. Se caracteriza el alimento final para conocer las

características nutricionales, composición cualitativa y cuantitativa de los atributos de la

muestra como alimento, así como el efecto que ha tenido la suplementación sobre el

contenido, composición y propiedades de la muestra.

2.2.2 Análisis de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. Esta técnica

estudia la absorción de radiación de longitudes de onda comprendidas entre 1 y 1000 micras,

intervalo que se divide en tres regiones: infrarrojo cercano (entre 0.8 y 2.5 μm), infrarrojo

medio (entre 2.5 y 50 μm) y el infrarrojo lejano (entre 50 y 1000 μm). Se fundamenta en la

absorción de radiación IR por las moléculas en vibración, cuando un haz de luz infrarroja

incide sobre ella con una energía tal que permite una transición vibracional.

2.2.3 Microscopía Electrónica de Barrido. La microscopía electrónica de barrido (MEB) es

una técnica de análisis superficial, que por medio de un haz de electrones acelerado se

enfoca sobre una muestra desplazándose sobre la superficie mediante un barrido que

permite entregar diversas señales de electrones secundarios, retrodispersados, emisión de

rayos X, los cuales son capturados por distintos detectores.

Fig. 33 Costales de alimento final

29

2.2.4 Evaluación de digestibilidad. Se analizó el comportamiento del alimento realizando la

digestión de materia seca y materia orgánica IN VITRO. Este procedimiento es tomado de la

técnica de dos etapas de “Tilley y Terry” e involucra un periodo de incubación de 48 horas con

microorganismos del rumen en un medio buffer y un segundo término, que es la digestión con

la mezcla de ácido clorhídrico-pepsina. Las cantidades de materia seca o materia orgánica

que desaparecen después de ambas etapas, se consideran como digeridas.

Los sistemas in vitro que usan líquido ruminal, son los más antiguos y aún los más comunes

para medir la digestibilidad. Los métodos in vitro por ningún motivo son procedimientos fijos, el

tratamiento metodológico y la secuencia son altamente dependientes del propósito de la

determinación.

Cálculos: Digestibilidad verdadera in vitro

%IVTD = 100 - [(𝜔3− (𝜔2𝑋 ∁1))

𝜔2] x 100

Donde:

ω1 = Peso de la bolsa en gramos

ω2 = Peso muestra en gramos

ω3 = Peso de la muestra después de secuencia In vitro en gramos

C1 = Peso blanco (peso final/peso inicial) (gramos)

2.2.5 Determinación de energía. Para conocer la energía contenida en sustancias tales

como combustibles y alimentos a partir del calor generado por su combustión se utiliza un

calorímetro, en el cual el alimento se quema en una cámara de metal que se coloca en un

recipiente bien aislado, generalmente con una doble pared de aluminio, lleno de agua a donde

se transferirá el calor generado por la combustión. Sabiendo el aumento de la temperatura del

agua y los pesos tanto del alimento como del agua, se puede calcular el calor liberado por la

sustancia. Cuanto más calor se necesite para aumentar la temperatura del agua, más energía

(kilocalorías) tendrá ese alimento.

30

Fig. 34 Diagrama Calorímetro

Cálculos:

E = ((𝐸𝑞 𝐻2𝑂) (𝑇𝐹−𝑇𝑂)− (𝐿𝐴1−𝐿𝐴2)(𝐶𝑡𝑒)

𝑃𝑀)

Donde:

TO= Temperatura inicial en (°C)

TF= Temperatura final (°C)

Eq H2O= Cantidad de agua (L)

LA1=Largo inicial (cm)

LA2= Largo final después de la combustión (cm)

PM= Peso de la muestra (gr)

Cte= 2.3 (cal/gr)

31

2.4 EVALUACIÓN DE COMPORTAMIENTO IN VIVO CON GANADO

BOVINO.

Para conocer la eficiencia del alimento, se utilizó una muestra de 14 unidades experimentales

de ganado bovino de la raza jersey, esta prueba se llevó a cabo en el rancho “El Pinolillo”

ubicado en Llano de Bustos, Veracruz, donde una población de 7 becerras son alimentadas

con el suplemento y otras 7 sirven de blanco comparativo alimentándose con la pastura

habitual de la zona, que es el pasto Brizantha (Brachiaria Brizantha).

El alimento se les ofrecía en un comedero común como se ve en la figura 35, donde al inicio

de la prueba se les ofrecía poca cantidad de suplemento, 2 Kg/día para las 7 becerras, y a

medida que lo iban aceptando se incrementó hasta llegar a ofrecerles 13 Kg/día. El periodo

de duración de la prueba fue de 113 días donde los primeros 15 fueron de adaptación.

Después de los 15 días de adaptación se pesó el ganado y en base a esto se realizó la

asignación de becerras hacia los dos lotes. Para la selección se utilizó el método de bloques

al azar, donde se enlistaron en orden decreciente de acuerdo a su peso, se toman los dos

Fig. 35 Ganado bovino consumiendo suplemento

32

primeros pesos más altos y al mayor se le asigna Tratamiento 1 y al menor Tratamiento 2,

posteriormente se toman los siguientes 2 pesos altos, y a la inversa, a el mayor se le asigna

Tratamiento 2 y al menor Tratamiento 1, así consecutivamente.

En el Cuadro 5 se describe como se realizó la selección.

Cuadro 5 Selección de ganado

Nombre de la

res

Peso (kg) Tratamiento

Katy 199 1

Mary 195 2

Blanca 193 2

Fay 159 1

Tinita 158.5 1

Cos 156 2

Chely 153.5 2

Ela 138 1

Bella 134.5 1

Leo 133.5 2

Emy 132.5 2

Barbie 132 1

Chiquita 99 1

Lety 97.5 2

Durante los 113 días, se realizaron 4 pesajes, el primero fue el peso antes de que el ganado

consumiera el suplemento, los 3 posteriores fueron para monitorear el incremento de peso.

Inicialmente se tenían programados los pesajes cada 15 días, pero en los últimos 40 días de

prueba hubo complicaciones debido a un daño en la báscula que se utilizaba, así que en la

espera de la reparación se perdió la toma de un pesaje.

33

3.0 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 CARACTERIZACIÓN INICIAL

3.1.1 Análisis Químico Proximal. Se realizó inicialmente la determinación de proteína a la

muestra de Maralfalfa (Pennisetum sp), y también al pasto Brizantha (Brachiaria Brizantha),

este parámetro fue el primero que se necesitaba conocer, debido a que en base a esto se

determinó el contenido proteico del suplemento.

Cuadro 6 Proteína alimento ganado

Pasto Proteína

Maralfalfa 3.5%

Brizantha 3.6%

El contenido de proteína en ambos es bajo, se infiere que en la Maralfalfa el que sea

cosechada y compactada en rollos que se almacenan a la intemperie, permite que el sol siga

ejerciendo efecto en la planta, por lo que la exposición favorece la degradación de ésta,

además de que su contenido de proteína en el momento de la cosecha debe estar alrededor

del 7% y 10%. En cuanto al pasto Brizantha, fue muestreado en la temporada inicial de

sequía, por lo que en dicha época, comienzan a empobrecer y agotarse los pastos, se deduce

que es por esto el bajo contenido de proteína.

Al cogollo de caña integral recibido, molido y seco, se le hizo una caracterización inicial para

conocer el estado en el que se recibe, además esta información es importante para conocer

el impacto que el tratamiento alcalino ejerce sobre el cogollo. Después de realizado el

tratamiento, se hizo otra caracterización, y teniendo estos datos se formuló el alimento, el cual

se analizó también.

34

Cuadro 7 AQP a cogollo de caña y alimento final

Determinación (%) Cogollo

integral

Cogollo

predigerido Alimento Final

MS 14.39 8.02 15.31

Cenizas 5.09 8.8 8.74

Proteína 3.77 9.96 18.15

Fibra Cruda 46.4 39.5 -

Extracto Etéreo 1.41 1.21 1.64

Lo que destaca de estos análisis es que el contenido proteico incrementa considerablemente,

después del tratamiento alcalino, esto por la utilización de la urea, la cual es una forma de

nitrógeno no proteico. El contenido de humedad del alimento final es alto por lo que el tiempo

en el que se puede mantener almacenado en buenas condiciones es limitado, durante la

prueba experimental estuvo resguardado en un área techada con ventilación, 113 días, se

mantuvo en buen estado hasta el final de la prueba. El incremento en las cenizas es gradual

en cada etapa, debido a la inclusión de melaza y los insumos: sorgo, pasta de soya, sal de

grano y premezcla de vitaminas y minerales.

3.1.2 Elaboración del alimento. Después del análisis químico proximal, se hizo la

formulación del alimento, contemplando que el suplemento tuviera un contenido proteico del

19% y un 30% de cogollo que aporta 3% a la ración, se adicionó un 29% de pasta de soya,

que aporta un 13.34% de la proteína faltante. En el Cuadro 8 se observa el balance de

insumos y su aporte proteico y energético.

Cuadro 8 Atributos del alimento

Ingrediente Cantidad

(%)

Proteína

(%)

Energía

(Mcal/Kg)

Aporte de

Proteína (%)

Energía

Ración

(Mcal/Kg)

Kg

Cogollo 30 10 1.95 3.0 58.5 450

Sorgo 25 9 3.1 2.25 77.5 375

35

Pasta de soya 29 46 3.04 13.34 88.16 435

Melaza 12 5 2.75 0.60 33 180

Pre-mezcla de

vitaminas y

minerales

2 0 0 0 0 30

Sal de grano 2 0 0 0 0 30

Total 100 19.19 2.57% 1500

3.2 SEGUNDA ETAPA DE CARACTERIZACIÓN

3.2.1 Análisis de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. Se observa en

la señal en 1051 cm-1 un incremento en la intensidad, donde se tiene un grupo alcohólico que

se ve afectado por el tratamiento alcalino. El incremento de grupos carbonilos se tiene por la

degradación de la lignina.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

20

40

60

80

100

C=O

-CH2OH

% T

ran

sm

ita

ncia

No. de Onda (cm-1) Cogollo Predigerido

Cogollo sin tratamiento

OH

-CH2-

-N3

-CO-CRN2

C-H

C-H

-CH2OH

Fig. 36 Espectro analizado por FTIR de cogollo sin tratamiento y predigerido

36

Cuadro 9 Análisis FTIR

3.2.2 Microscopía electrónica de Barrido. Se realizó un análisis morfológico al cogollo de

caña sin tratamiento, al cogollo tratado alcalinamente y al alimento terminado, con el objetivo

de observar el efecto de la delignificación. En la Fig. 37 Cogollo integral (A) se puede ver el

cogollo sin tratamiento alcalino, visiblemente entero, con el tejido bien estructurado, y en la

figura 38 (B, C, D) el cogollo predigerido, el cual está notablemente degradado, ya que se

observa la fibra resquebrajada, fracturada en las paredes.

Cogollo de Caña Cogollo Predigerido

Señal Número de

Onda (cm-1) Vibración

Número de

Onda (cm-1) Vibración

1 3421 OH 3409 OH

2 2113 -N3 2921 -CH2-

3 1645 C=O 2060 -CO-CRN2

4 1392 C-H 1640 C=O

5 1049 -CH2OH 1420 C-H

6 673 1051 -CH2OH

7 - - 602 -

A B

37

En el alimento terminado, se observan aglomerados y las fibras ligeramente rellenas por la

utilización de melaza. En la figura 37 (A) y (B) se ve la parte posterior a la médula.

Fig. 37 Cogollo integral (A) Fig. 38 (B)(C)(D) cogollo

predigerido

Fig. 39 Alimento terminado (A)(B)

C

C D

D

A B

38

3.2.3 Digestibilidad in vitro. Se puede ver el incremento de un 34.38% en la digestibilidad del

cogollo después de haber sido tratado alcalinamente.

Tabla 1 Digestibilidad in vitro

Muestra % IVTD

Cogollo de caña 14.21

Cogollo predigerido 48.59

3.2.4 Determinación de energía bruta

Tabla 2 Energía bruta

3.3 EVALUACIÓN DE COMPORTAMIENTO IN VIVO CON GANADO BOVINO

En el diseño experimental que se hizo en el rancho “El Pinolillo” con 14 hembras de remplazo

de la raza Jersey, se estuvo realizando pesajes cada 15 días, para evaluar la evolución que

presentaba en el ganado. El último pesaje se desfasó en tiempo debido a una falla en la

báscula que impidió realizarlo a los 15 días. En el cuadro 11 se muestra la información, los

dos grupos estuvieron consumiendo el pasto Brizantha, con 70 y 90 días de rebrote, el grupo

2 estuvo consumiendo además del pasto, el suplemento diariamente.

Muestra Energía

Cogollo de caña 3824 cal/gr

Cogollo predigerido 3620 cal/gr

39

Cuadro 10 Pesajes del ganado de prueba

Grupo Número Nombre

de la res

Edad

(meses)

Peso 0

(Kg)

Peso 1

(Kg)

Peso 2

(Kg)

Peso 3

(Kg)

1 9764 Ela 11 138 138 147 155.5

1 9767 Katy 12 194.5 199 200 207

1 9768 Fay 11 155 159 173.5 176

1 9769 Tinita 14 152.5 158.5 159.5 171.5

1 9775 Barbie 10 133 132 144.5 145

1 9779 Chiquita 9 97.5 99 100 100.5

1 9780 Bella 8 116 117 118 121.5

2 9763 Cos 11 145 156 158 202

2 9770 Mary 13 175.5 195 215 244

2 9771 Chely 13 175.5 153.5 173.5 208

2 9772 Blanca 13 193 193 214 255

2 9773 Emy 11 133 132.5 150.5 118.5

2 9774 Leo 10 117.5 133.5 135 161.5

2 9781 Lety 8 137.5 97.5 111 139.5

En los pesajes, el 2 es el que se hizo cuando la báscula falló, por lo que se presenta pero para

el estadístico se eliminó, de igual manera, el peso de Emy y Chiquita. En los pesajes, se

puede ver que el grupo 1 tuvo un incremento de peso promedio de 12 Kg mientras que en el

grupo 2 fue de 47 kg, esto es por el consumo del suplemento que como se puede ver favorece

notablemente el incremento de peso del ganado, y esto se puede ver en el crecimiento de la

ubre, y en el pelaje de las becerras, ya que las becerras del grupo 2, están listas ofrecer el

primer servicio, mientras que las del grupo 1 todavía no.

Se realizó un análisis estadístico de los datos utilizando el programa Statistics Data Editor

SPSS Versión 17. Los resultados se muestran en la Fig. 40.

40

Se puede ver que se presentó la misma tendencia en cuanto a la ganancia de peso en los dos

grupos de animales (T1 y T2), ya que los dos presentan un aumento, sin embargo en el T2, el

cual estaba recibiendo el suplemento, el aumento de peso fue mucho mayor (40 Kg) de

diferencia, aunque no se observó diferencia significativa (P>0.05) entre los dos tratamiento, en

este caso si es representativo.

En la Fig. 41 se hace la comparación del desarrollo de la ubre de las becerras de los 2

tratamientos, se puede ver que en la vaquilla del grupo uno los pezones están completamente

pegados a la parte posterior de la ubre, mientras que en el grupo 2 ya se ve muy desarrollada.

Fig. 40 Esquema de incrementos de pesos

41

Fig. 41 Desarrollo de las ubres en becerras

En la Fig. 42 y Fig. 43 se pueden ver becerras de los 2 grupos, es notable el incremento de

peso, ya que la complexión del ganado Jersey es generalmente con esa marcada prominencia

de los huesos en la cadera, pero en la comparación de las imágenes se puede ver que este

rasgo está disminuido. El ganado del tratamiento 1 incrementó 114 gramos por día, mientras

que el tratamiento 2 (consumiendo suplemento) incrementó 314 gramos.

Todo lo anterior mencionado indica que este ganado del tratamiento 2 está listo par